最先端堆積技術で先進複合材アイソグリッド構造を創出

工作機械メーカーCOMEC（イタリア・キエーティ）が、複合材R&D機関CETMA（イタリア・ブリンディシ）の支援を受け、革新的な堆積技術で複合材アイソグリッド構造を構築しました。これは「先進材料の産業利用に基づく革新的製品・プロセスソリューションの研究」プロジェクトで開発され、イタリア・アブルッツォ州の「POR FESR Abruzzo 2014-2020」プログラムの一環として資金提供されました。

アイソグリッド構造は様々な用途と構成で使用されます。これらの構造は通常、外側の薄いスキンと一体的に接続された補強格子で構成されます。補強要素の繰り返しにより効率的な荷重分布が可能になり、衝撃、剥離、欠陥伝播による損傷に対して感度が低くなります。格子が三角形パターンの場合、等方性材料と類似の力学的挙動を示します。アイソグリッド構造の設計には、外部アルミニウム部品と内部テフロン金型からなるハイブリッド金型が必要で、後者にはタウプレグ材料の堆積を行うアイソグリッド構造の型が刻まれています。ハイブリッド金型は、テフロンの異なる熱膨張係数（CTE）を利用してタウプレグ積層の最適圧密を実現しつつ、剛性のある外部アルミニウム拘束構造を提供するために必要です。

COMECが開発した堆積技術は主に、6軸ロボットとタウプレグ堆積ヘッドの2要素で構成されます。このソリューションは、3自由度をアームの堆積ヘッド位置決め操作（リストに接続）に、3自由度をリスト自体のヘッド方向制御に割り当てた6自由度人型ロボットを使用します。堆積ヘッドの提案技術ソリューションはドライタウを入力し、インラインシステムで樹脂含浸を行います。含浸は堆積ヘッド内部で、ファイバーをその場で樹脂でウェットするユニットを統合することで実現。このインライン含浸システムによりコスト削減が可能です。半製品コストはここで使用するドライ補強材より高く、またドライファイバー材料では不要な凍結/冷蔵保管が必要だからです。

堆積ヘッドの端子は、堆積前にタウが通過する最後の領域です。堆積アイから出たタウは含浸され、ハイブリッドアイソグリッド金型表面に堆積されます。複合材層の良好な圧密を確保するため、ローラーを使用して新たに含浸・配置されたタウに適切な圧力をかけます。

テフロン金型へのタウプレグ層堆積後、CETMAが外部アルミニウム金型をホットプレスで使用して一体化プロセスを実施。重合サイクルはタウプレグに使用された樹脂に依存。今回はエポキシ樹脂で、完全重合に120℃が必要です。

複合材で作られたアイソグリッド構造は、過酷環境で使用されるサンドイッチ構造の魅力的な代替案となり得ます。その柔軟な構成により、様々な産業で高性能用途が可能です。COMECが開発した含浸機の汎用性により、実質的にあらゆる繊維/マトリックス組み合わせで使用可能なため、異なる複合材料でのアイソグリッド構造を容易に製造できます。

CETMAはこの開発を支援できたことを嬉しく思っており、COMEC R&DチームはCETMAのプロジェクトへの貢献を高く評価しています。「CETMAとの協力により、ノウハウの成長と、イノベーションを目指すますます強固なパートナーシップの統合が可能になりました。」

オハイオ州立大学CDMEがCincinnati Inc.のMAAMプリンターで積層造形能力を強化 Cobra InternationalがRadinnの高速電動サーフボード量産を加速

樹脂